Question

2．小华做“测量小灯泡电功率”的实验时，连接了如图甲所示的电路，实验前观察小灯泡上标有“2.5V”字样，电源电压恒为3V．

（1）小华连接后的电路如图甲所示，闭合开关前，他应将滑片P移到滑动变阻器的最左（左/右）端；
（2）接着检查电路连接，他发现有一根导线连接错了，请你在乙图中在应改动的导线上打“×”，并用笔画线代替导线画出正确的接法．
（3）改正连接后，闭合开关，电流表的示数为0.12A，电压表的示数如图乙所示，则电压表的示数为0.4V，此时滑动变阻器连入电路中的电阻为21.7Ω．
（4）改变变阻器滑片的位置，测得多组对应的电压、电流值，如表所示．由测得数据可知，小灯泡正常发光时的功率为1.1W．

实验次数	1	2	3	4	5	6
电压U/V		0.8	1.2	1.7	2.5	2.8
电流I/A	0.12A	0.22	0.34	0.36	0.44	0.46

（5）根据表中数据，请在图丙中画出I-U关系图象．由图象可知，灯丝的电阻随U的增大而增大，当电压表示数为2V时，小灯泡消耗的电功率约为0.8W．
（6）小明同学思考后觉得：用定值电阻来替代某一电表也能测出小灯泡正常发光时的功率，并设计了如图丁四个电路图．其中正确的是AC．

Answer 1

分析 （1）为了保护电路，闭合开关前，滑片在阻值最大处；
（2）实物连接图中，主要从电流表、电压表、滑动变阻器的使用方法上考虑：从电流表和电压表的量程、连接方式、正负接线柱三个方面分析．从滑动变阻器的接线柱选择和滑片位置分析．
（3）电压表的正确读数：首先确定电压表使用的量程，然后确定每一个大格和每一个小格代表的示数，根据R=$\frac{U}{I}$；
（4）知道额定电流和额定电压，根据P=UI，计算额定功率．
（5）由图象可知电压的变化量大于电流的变化量，根据欧姆定律和可知灯泡的电阻随电功率即温度的升高而变大，根据P=UI算出功率．
（6）由P=UI，小灯泡的额定电压U₀已知，关键是测出额定电流．可以不考虑S₁和滑动变电阻的作用，假设都是闭合状态，分别分析每个电路的开关及电流表和电压表的关系，看哪一个电路图能测量出灯泡的额定电流．

解答 解：（1）为了保护电路，闭合开关前，滑片在阻值最大处，即最左端；
（2）电压表并联在灯泡和滑动变阻器的两端，测灯泡和滑动变阻器的总电压，所以电压表的“-”接线柱和滑动变阻器左上端接线柱连接错误，应把电压表并联在灯泡两端，电压表的“-”接线柱和滑动变阻器的右下接线柱相连，如下图：

（3）电压表使用的0～3V，每一个大格代表1V，每一个小格代表0.1V，电压为0.4V，电压表测量的是灯泡的电压U_L=0.4V，
则滑动变阻器的电压为：U_滑=U-U_L=3V-0.4V=2.6V，则R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.6V}{0.12A}$=21.7Ω；
（4）有表知灯泡正常发光的电压为2.5V，电流为0.44A，则灯泡的额定功率为：P=UI=2.5V×0.44A=1.1W；
（5）根据表中的数据画出I-U关系图象，如图所示：

由图象知，电压的变化量大于电流的变化量，根据P=UI可知灯泡的电功率变大，温度升高，根据欧姆定律可知，灯泡的电阻随温度的升高而变大，
由图知当电压为2V时，对应的电流约为0.4A，则灯泡的功率为P=UI=2V×0.4A=0.8W；
（6）A、灯泡与定值电阻并联，不能判断灯泡是否正常工作，故A错误；
B、闭合左边的开关，电压表上端为正接线柱，下端为负接线柱；只闭合右边的开关，电压表上端为负接线柱，下端为正接线柱，又不能更改电路，所以其中有一次电压表接线柱一定接反，不能读出电压表示数，故不能测出灯泡的额定功率；
C、灯泡与定值电阻并联，通过开关的断开或闭合能测出干路电流和定值电阻的电流，当定值电阻的电流为I_R=$\frac{2.5V}{R}$时，灯泡正常工作，则根据P=UI即可求出灯泡的额定功率，故C电路正确；
D、闭合左边的开关，电流表把灯泡短路，灯泡不发光；只闭合右边的开关，电流表把电阻短路；两个都闭合或断开时，电流表均无示数．测不出灯泡的额定电流，该电路图不能选．
故答案为：（1）左；（2）如上图；（3）0.4；21.7；（4）1.1；（5）增大；0.8；（6）AC．

点评 本类习题中实物图中找电路连接错误、注意事项、求电阻、求功率、只有一种电表测电阻，是一道难题．